在我国，高速公路主要路面结构形式为半刚性基层沥青路面，半刚性基层强度高、刚度大，有助于提高沥青路面整体承载能力。然而，半刚性基层也存在着干缩、温缩变形较大的缺陷，由此而引发的反射裂缝问题难以避免。根据以往高速公路横向裂缝取芯的经验，绝大部分横缝贯穿面层与基层，仅少数横向开裂较轻微的芯样裂缝未贯穿。对于基层反射裂缝间距较宽(如＞10 m)的情况，考虑到养护资金的限制，直接将基层铣刨后重铺显然不符合经济效益。此时，通过铺设应力吸收层吸收基层传递的拉应力，并减缓裂缝向路表扩展是一种可取的方法。橡胶沥青应力吸收层具有油石比高、柔韧性好的优点，在路面维修时铺筑于半刚性基层与面层之间可有效控制基层裂缝反射^[1-3]。

随着筑路材料价格的飞涨以及环境保护意识的提高，材料循环利用类技术正受到越来越广泛的重视^[4]。沥青路面老化主要表现为沥青性能的衰减，为保障再生路面的耐久性，工程中生产再生混合料通常将路面回收材料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)中的细料部分筛除，循环利用RAP粗骨料。因为RAP粗骨料中沥青含量相对较少，回收利用RAP粗骨料既保证了RAP在再生混合料中掺量，又降低了RAP中旧沥青在再生沥青中的比例，从而减少了沥青老化对再生路面性能的不利影响。然而，RAP细料包裹了丰富的沥青，具备良好的回收利用价值。高柔韧性的应力吸收层混合料细料比重大，如采用聚合物改性沥青生产则需要较高的油石比，建设成本偏高。因此，本研究将RAP细料应用于橡胶沥青应力吸收层当中，基于室内试验研究探讨橡胶沥青厂拌热再生应力吸收层的路用性能。

本研究所采用的RAP料为某高速公路上面层铣刨料，原路面采用AK-13沥青混合料(PG70-22改性沥青)。在再生料中，RAP作为原材料，其清洁性与含水率会对再生工艺及实施质量产生显著影响。经检测，AK-13旧料的砂当量为73.4(SE＞55)，含水率为1.52%(≤3%)，满足规范技术要求^[5]。

通过抽提回收，对老化沥青常规性能进行检测，结果如表 1所示。

由表 1可知，与原沥青技术标准相比，老化后的沥青黏度、软化点提高，针入度降低，延度大幅度衰减。

原路面上面层混合料初始油石比为5.3%，在RAP材料检测时，考虑到料堆现场不同位置取样获得的RAP样品在级配组成及沥青含量方面变异性较大，故在试验准备时，首先应将不同袋装的RAP料混合均匀。抽提试验显示，RAP的油石比为5.15%，略低于原路面油石比，抽提后的RAP级配检测结果如图 1所示。

图 1 RAP料抽提后级配 Fig. 1 Gradation of RAP after extraction

研究采用3种筛网(1.18 mm/4.75 mm/13.2 mm)将RAP分成四档(见图 2)，并用符号“RAP-1^#~RAP-4^#”表示，每档RAP的材料组成检测做不少于3组平行试验，4档RAP的油石比见表 2，抽提后级配如图 3所示。

图 2 抽提前后RAP-1~RAP-4料对比 Fig. 2 Comparison of RAP-1-RAP-4 before and after extraction

图 3 各档RAP抽提后级配 Fig. 3 Gradations of different RAP materials after extraction

从表 2可知，RAP-2^#料比RAP-1^#料沥青含量略高，表明虽然RAP-1^#抽提前的粒径较大，但其中含有大量假骨料，如图 2(a)、2(b)所示，假骨料是由老化沥青黏附并包裹大量细料组成，因而沥青含量较大。表 2中，RAP-3^#及RAP-4^#料的油石比都大于7%，表明细集料表面裹覆了丰富的旧沥青，具有良好的回收利用价值。

橡胶沥青(Asphalt Rubber，AR)是以废旧轮胎为原料加工成具有一定级配的胶粉颗粒，并在高温沥青中充分溶胀后(胶粉掺量15%以上)形成的复合改性沥青材料。

沥青路面在车辆荷载及冷铣刨的作用下，石料破碎导致级配细化，而旧料级配的细化、变异性增大导致再生混合料很难形成对骨架结构要求高的混合料种类，因而再生混合料通常设计为连续密级配。稳定型橡胶沥青由胶粉颗粒、沥青及矿物活性成分按照特定比例配比制成，是一项新型橡胶改性沥青技术，其有别于传统橡胶沥青的特点是胶粉在沥青中消融更加彻底、作用更为深入，所以胶粉颗粒对矿料骨架的干涉作用大幅减少，这使得稳定型橡胶沥青能够适于生产加工连续密级配的再生混合料。此外，稳定型橡胶沥青中含有二氧化硅矿物活化成分，基于高分子有机链条连接胶粉微粒，胶粉与沥青相容性得到进一步提升，从而优化了橡胶沥青胶结料路用性能^[6-8]。

为掌握稳定型橡胶沥青的胶结料特征，本文针对3种不同改性沥青进行了试验，结果见表 3。其中，自制橡胶沥青采用传统湿法工艺在试验室制备，是在70^#普通道路石油沥青中内掺20%的40目胶粉，并在180 ℃环境以5000 rpm高速剪切50分钟，再在相同温度下发育45 min。

由表 3可见，三大指标方面，稳定型橡胶沥青的针入度和软化点与SBS改性沥青相近，但延度低于后者。这主要是由于在延度试验中，稳定型橡胶沥青拉伸界面较宽，沥青与胶粉的弹性模量不同，引起其变形差异，拉伸界面易产生应力集中，故橡胶沥青延度较SBS改性沥青要小。相较于传统橡胶沥青，稳定型橡胶沥青黏度大幅下降、离析显著好转。综上，稳定型橡胶沥青各项指标总体间于SBS改性沥青与传统湿法橡胶沥青之间，胶粉与沥青作用更充分，溶胀程度更高，脱硫降解深入，使得其较传统橡胶沥青具有良好的施工和易性和存储稳定型。

研究中应力吸收层材料采用公称最大粒径较小的AC-10混合料，设计级配曲线靠近规范^[9]推荐级配的中值，配合比设计应用了RAP2^#~RAP4^#共3档旧料。不同RAP掺量下的AC-10沥青混合料级配曲线见图 4，油石比、孔隙率指标列于表 4。

图 4 AC-10级配曲线 Fig. 4 Gradation curve of AC-10

为综合评价再生应力吸收层材料的路用性能，分析RAP对于应力吸收层的影响，本文开展了车辙试验、小梁弯曲试验以及含预切缝的半圆弯曲试验(Notched Semi-Circular Bending, NSCB)，探究厂拌热再生技术在应力吸收层中的适用性。

车辙板尺寸为300 mm×300 mm×50 mm，在60 ℃温度条件加载，轮压0.7 MPa，速率42次/min。为使试件温度保持在±0.5 ℃偏差范围内，准备期间对试件保温在5 h以上。

RAP掺量对高温性能指标影响见图 5，当RAP在20%，35%，50%时，动稳定度分别比新料提高8.4%，19.1%，37.7%，随着RAP掺比提高，高温抗变形能力逐步提升。应力吸收层混合料的重要特征是油石比高、矿料粒径小、级配偏细，以此获得较好的抗疲劳性能、抵御基层裂缝反射。但此时，矿料可提供的摩阻力较小，由此导致其高温抗变形能力相对薄弱。应力吸收层新料动稳定度超过1 900次/mm，再生料则超过2 100次/mm，表明其高温稳定性完全达到规范对普通沥青混合料800次/mm的技术要求，且基本满足规范对密级配改性沥青混合料的车辙动稳定度要求^[9]。

图 5 RAP掺量对应力吸收层动稳定度的影响 Fig. 5 Influence of RAP content on dynamic stability of stress-absorbing layer

研究中采用-10 ℃下的小梁三点弯曲试验评价基于稳定型橡胶沥青的再生应力吸收层低温变形能力，试验加载速率为50 mm/min，检测结果见图 6。

图 6 RAP掺量对应力吸收层极限变形的影响 Fig. 6 Influence of RAP content on ultimate deformation of stress-absorbing layer

由图 6可知，稳定型橡胶沥青应力吸收层混合料AC-10在-10 ℃下的极限弯拉应变达到4 782 με，低温柔韧性良好。在掺加RAP后，橡胶沥青应力吸收层的变形能力大幅衰减，在20%，35%，50%的RAP掺量下，小梁极限弯拉变形分别降低了25%，28%，40%，总结主要由3方面原因引起：一是橡胶沥青中内掺20%的胶粉，橡胶沥青混合料的最佳油石比较聚合物改性沥青混合料要高，随着RAP掺量增加，老化SBS改性沥青比例加大，而橡胶沥青比例随之减小，再生料的最佳油石比降低，故变形能力逐渐衰退；另一方面，旧料中SBS改性沥青经过长期热氧老化作用后变硬变脆，RAP掺量的增加削弱了再生沥青胶结料的低温流变性能；此外，橡胶沥青中掺入的胶粉有助于改善基质沥青的温度敏感性，故而提升RAP掺量导致再生混合料温度敏感性的升高，综合反映在再生混合料低温稳定性的衰减。

由图 6中可见，AC-10应力吸收层再生料在35%RAP掺量以内极限弯拉应变大于3 400 με，在50%的RAP掺量下依旧大于2 800 με，表明橡胶沥青再生应力吸收层柔韧性总体良好，再生料细料部分高油石比、细级配的特点契合了应力吸收层混合料的材料组成特征，有利于更好地发挥RAP料的再生价值。

沥青混合料是一种非均质材料，同时，施工过程中也会对材料带来一定的先天缺陷。沥青混合料的常规试验方法将其看作是均质材料，试验结果侧重于反映混合料的整体性能。沥青混合料的开裂破坏主要是由材料固有缺陷(微裂缝、孔洞等)在外部荷载激励下逐步发展而来。以往研究认为，基于断裂力学理论评价混合料抵抗开裂的能力更为贴切^[10]。因而，本研究应用NSCB试验研究评价橡胶沥青再生应力吸收层的抗裂性能，试验图示见图 7。

图 7 NSCB试验图示 Fig. 7 Schematic diagram of NSCB test

NSCB试验试件是直径为150 mm的半圆，由150 mm直径的圆柱体试件切割而成，试件厚度40 mm，在半圆的圆心位置分别预设10，20，30 mm的切缝，底座支点相距120 mm，基于UTM-25平台对半圆形试件顶部施加匀速荷载，加载速率为5 mm/min，温度为25 ℃。

文献^[11-14]根据NSCB试验断裂韧度指标J_C评价沥青混合的抗裂性能，Landes^[15]依据大量试验检测数据建立论证了J积分断裂准则：当围绕裂缝尖端的J积分超过J_C阀值时，裂缝开始发展。

基于UTM-25试验平台读取NSCB试验荷载-位移曲线关系并积分获得断裂能，如图 8所示，代入下式即可得到不同RAP掺量下橡胶沥青应力吸收层混合料的断裂韧度J_C：

图 8 NSCB试件荷载-位移曲线 Fig. 8 Force-displacement curves of NSCB specimen

式中，U为试件开裂破坏的断裂能；B为NSCB试件的厚度；a为NSCB的预切缝深度。

线性回归不同NSCB试件单位厚度断裂能U与切缝深度a的关系，获得直线段的斜率即为断裂韧度J_C，如图 9所示。

图 9 断裂能与切缝深度的关系 Fig. 9 Relationship between fracture energy and notch depth

基于长期实验检测数据，Mohammad等拟合了J_C与路面裂缝率的相关关系。分析表明，路面裂缝率越低则断裂韧度J_C越大，两项指标总体呈现线性关系，通过广泛的数据对比，表明当J_C大于0.65 kJ/m²时，沥青混合料抗裂性能较好^[16-18]。

如图 10所示，经计算，在不掺RAP的情况下J_C达1.67 kJ/m²，随着RAP掺比提高J_C总体出现下滑，当RAP掺量达35%时，J_C降至1.51 kJ/m²，降幅约8.4%；当RAP掺量达到50%时，J_C下降至1.35 kJ/m²，降幅约18%。从绝对值上看，不同RAP掺量的橡胶沥青应力吸收层断裂韧度J_C远高于0.65kJ/m²，表明其抗裂性能总体良好。

图 10 JC与RAP掺量的关系 Fig. 10 Relationship between JC and RAP content

(1) 路面铣刨料的细料部分沥青含量高，可应用于应力吸收层的加工生产，起到减缓基层反射裂缝扩展的作用。稳定型橡胶沥青中大部分橡胶屑已在基质沥青中消融，多项胶结料物理参数接近于SBS改性沥青，适宜于生产连续密级配的再生应力吸收层；

(2) 橡胶沥青再生应力吸收层由于低空隙率、高油石比等材料组成特征，其低温稳定性良好，同时又由于橡胶沥青、老化SBS改性沥青具有较高的粘度和软化点，故而应力吸收层的高温性能也得到兼顾；

(3) 橡胶沥青应力吸收层的高温、低温性能收RAP掺量影响较为敏感，在RAP掺量20%、35%和50%情况下，橡胶沥青应力吸收层的低温变形能力大幅衰减，小梁极限弯拉变形较新料分别降低约25%，28%和40%，高温变形能力随之显著提升，动稳定度分别比新料上升了8.4%，19.1%和37.7%；

(4) 运用NSCB试验方法评估了稳定型橡胶沥青再生应力吸收层材料的抗裂性能，结果表明，随着RAP料掺量的增长，应力吸收层的断裂韧度有所降低，当RAP掺量从0%提高到50%时，J_C降幅约18%，但其抗裂能力总体依然良好。